薄膜太阳能电池1课件

在光照下，光子被吸收 并传递给电子，电子和 空穴分别向导带和价带 跃迁，形成光生电流。 随后，电子和空穴分别 被传输到金属电极并收 集起来，形成输出电流 。
薄膜太阳电池的结构和 工作流程决定了其能量 转换效率、开路电压和 短路电流等性能参数。
03 薄膜太阳电池的 材料
硅基薄膜太阳电池
总结词
高效稳定，技术成熟
THANKS
感谢观看
随着移动设备的普及和能源需求的增长，移动能源系 统的发展前景广阔。
未来发展前景与挑战
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，薄膜太阳电池的发展前景广阔。
未来，薄膜太阳电池将更加注重提高光电转换效率、降低成本、优化组件制造工艺等方面的 发展。
同时，薄膜太阳电池也面临着市场竞争力、政策支持、并网技术等方面的挑战，需要不断加 强技术创新和市场推广。
在薄膜太阳电池中，光子首先被 吸收并传递给电子，电子从价带
跃迁到导带，形成光生电流。
光电效应是薄膜太阳电池的基本 工作原理之一，它决定了电池的
能量转换效率。
光伏效应
光伏效应是指光生电压或电流的现象 ，即当光照射在半导体材料上时，半 导体的导电性能发生变化，产生电压 或电流。
光伏效应是薄膜太阳电池的基本工作 原理之一，它决定了电池的开路电压 。
真空沉积技术包括真空蒸镀、 电子束蒸镀和离子束溅射等。
真空沉积技术具有较高的沉积 速率和较好的大面积成膜质量 ，适用于制备高性能的薄膜太 阳电池。
化学气相沉积技术
化学气相沉积技术是通过化学反应将气态物质转化为固态薄膜的一种技术。
化学气相沉积技术包括常压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和金属有机 化学气相沉积等。
《薄膜太阳电池》PPT课件

P层采用Si C异质结 ，Si C异质结的禁带 宽度很大，通过窗口作用提高透光率，使 到达I层的可用光子增多，同时提高了开路 电压 。
太阳能电池参数
I = Is[exp(qV/kT)-1]-IL • 开路情况：I=0 得 （与内建电场对应）
Voc
kT q
ln( IL Is
1)
• 短路情况：短路电流等于光生电流 ISC=IL
原子能带
原子能级
允带
禁带 允带
禁带
晶体能带的形成
允带
费米能级
• 假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能 带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即 为费米能级。
• 物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能 级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在 各量子态上的统计分布就完全确定了。
• 绝缘体材料的导带是空的，没有自由 电子，而且禁带的宽度很宽，价带的 电子不可能穿过禁带跃迁到导带上， 导带中始终没有自由电子，条件下，价带的电子可以跃迁 到导带上，在价带中留下空穴，电子 和空穴同时导电。
• 因此，半导体材料的禁带宽度是一个 决定电学和光学性能的重要参数。
薄膜太阳能电池分类
砷化镓薄膜太阳电池
在化合物半导体中，研究最多的是III-V族 的GaAs太阳能电池。由于其带隙比Si大 ，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特 性，因而从光谱响应角度来说，更适合 做太阳能电池，目前，在所有太阳能电 池中，GaAs太阳能电池的转换效率最高 。
砷化镓薄膜太阳电池
在制备GaAs太阳电池时，一 般在N型GaAs衬底上首先生长 0.5um左右的N型GaAs缓冲层 ，再生长N型AlGaAs作为背电 场，在此基础上生长N型GaAs 作为基底层，然后生长0.5um 左右的P型GaAs作为发射层， 再利用一层P型AlGaAs薄膜作 为窗口层，便组成了单结 GaAs薄膜太阳电池。

非晶硅薄膜太阳能 电池简介
定义与特性
定义
非晶硅薄膜太阳能电池是一种利 用非晶硅材料制成的太阳能电池 。
特性
具有轻便、柔韧、可折叠等优点 ，同时制造成本较低，适合大规 模生产。
工作原理
01பைடு நூலகம்
02
03
光吸收
非晶硅薄膜能够吸收太阳 光并将其转换为电能。
电极
通过电极将产生的电流导 出，实现电能的有效利用 。
染料敏化太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池与染料敏化太 阳能电池相比，具有更高的光电转换 效率和更长的使用寿命，但制造成本 较高。
03
非晶硅薄膜太阳能 电池的制造工艺
硅烷气体选择
硅烷气体是制造非晶硅薄膜太阳能电池的关键原料之一，其纯度对电池的性能和稳 定性有着至关重要的影响。
选择高纯度的硅烷气体可以减少杂质和缺陷，提高非晶硅薄膜的质量和光电性能。
非晶硅薄膜太阳能电 池概要课件
目录
CONTENTS
• 非晶硅薄膜太阳能电池简介 • 非晶硅薄膜太阳能电池的优势与
局限 • 非晶硅薄膜太阳能电池的制造工
艺 • 非晶硅薄膜太阳能电池的应用与
前景
目录
CONTENTS
• 非晶硅薄膜太阳能电池的挑战与 解决方案
• 非晶硅薄膜太阳能电池的实际案 例分析
01
反应温度与压强控制
制造非晶硅薄膜太阳能电池需要在一定 的温度和压强条件下进行。
温度和压强对非晶硅薄膜的结构、性能 和光电性能有着直接的影响。通过精确 控制温度和压强，可以优化非晶硅薄膜 的结构，提高其光电转换效率和稳定性
。
通常需要在较低的温度和压强条件下进 行非晶硅薄膜的合成，以减少缺陷和杂
质，提高其质量。

非晶硅薄膜太阳能电池
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

地熱
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
Rooftop CdTe薄膜太陽電池“Cadmium TellurideThin-film Solar Cell”
SAGFirst Solar ----CdTe Rooftop
• CIGS非真空製程技術雖具有降低成本以及提高材料使用率的 優點，但各方式都具有難以克服的關鍵問題皆仍待解決。如 CIGS晶粒成長…等。結
瓶頸
CIGS薄膜太陽能電池雖具有高效率、低本钱、大面積與可撓性等 潛力優勢，但還有許多需要抑制的問題接踵而來： 製程複雜、技術選擇百家爭鳴，且供應練相當分歧，各站並無制 式化設備放大製程之均質性不佳，良率變化大
Need of raw material
Thin-film solar cells
非晶矽薄膜太陽電池製造流程
非晶矽薄膜太陽電池製造流程( 玻璃基材)
非晶矽薄膜太陽電池製造流程 (玻璃基材)
Thin film Si:H challenges
➢Increasing deposition rate (from 0.1 nm/s to 10 nm/s!), including compatible doped layers ➢Enhance the Isc (absorption, light trapping) ➢Improving stabilized device performance ➢Understanding fundamental physics: low Voc, shunt behavior, light-induced defect creation
GaAs Multijuction(多接面砷化 鎵)

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3.2 碲化镉太阳电池结构
金属层
+
缓冲层
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，使金属电极 与CdTe形成欧姆接触。
-
电池的主体吸光层，它与n型的CdS窗口层形成的p-n结是整个电
p-CdTe
池最核心的部分。多晶CdTe薄膜具有制备太阳能电池的理想的 禁带宽度(Eg=1．45 eV)和高的光吸收率(大约10^4/cm)。CdTe
的光谱响应与太阳光谱几乎相同。
n-CdS TCO
n型半导体，与P型CdTe组成p/n结。CdS的吸收边大约 是521 nm，可见几乎所有的可见光都可以透过。因此 CdS薄膜常用于薄膜太阳能电池中的窗口层。
透明导电氧化层。它主要的作用是透光和导电的作用。
玻璃基板
主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。
非晶硅太阳电池受光持续照射，缺陷增加，使电池转换效率下降
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2.5 非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池概况
微晶硅材料是微晶粒、晶粒间界和非晶相共存的混合相材料,一般都存在 微空洞,其带隙随着晶相比的不同,由1.2eV到1.7eV连续可调,而且几乎没有光 致衰退效应。薄膜非晶硅/微晶硅叠层电池, 即以非晶硅为顶电池, 以微晶硅 为底电池的叠层电池, 是目前获得高效率高稳定性硅基薄膜太阳电池的最佳 途径。
2、采用PECVD或VHF-PECVD来沉积顶电池，沉积压力为50-1000Pa，衬底温度为150-250℃， 在透明导电膜上依次沉积p型非晶硅掺杂层、i本征非晶硅层和n型非晶硅掺杂层，制备 出顶电池；
3、预热已沉积的器件，温度为180℃-250℃，沉积压力为130-1000Pa，在真空室中用PECVD 或VHF-PECVD法，在中间透明反射层背面沉积微晶硅薄膜底电池；

• 薄膜太阳能电池中硅基薄膜电池、碲化镉（CdTe）薄膜电池、砷化镓（GsAs）薄膜电池、 铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池属于第二代太阳能电池，起步较早，且技术已经达到较高的成 熟度，不仅在实验室取得丰硕的研究成果，而且已投入使用并占一定的市场份额。
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铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
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吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
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CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大

应用方式
通过在太阳能电池表面添加一层或多层光学薄膜，可以显著提高太阳能电池的光吸收能力 和光电转换效率。
02
光学薄膜技术
光学薄膜的定义
1
光学薄膜是一种在光学介质上交替堆叠不同折 射率的材料，以实现特定光学性能的薄膜层。
2
光学薄膜可被定义为“堆叠的介质层”，其中 每层具有不同的光学常数（折射率、吸收系数 等）和厚度。
3
光学薄膜主要应用在光信息科学技术、能源、 医疗等领域。
光学薄膜的制造方法
化学气相沉积（CVD）
通过化学反应，使源气体在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积（PVD）
通过物理方式，如溅射、蒸发等，使靶材原子或分子沉积在衬底上形成薄膜。
离子束沉积（IBD）
通过离子束溅射沉积，使离子束轰击靶材，使靶材原子或分子沉积在衬底上形成薄膜。
THANK YOU.
高温超导膜具有高透射率、高导热性和高电 磁屏蔽性等特点，常用于高速列车、磁悬浮 列车、电力电缆等设备中。
03
太阳能电池现状和发展趋势
太阳能电池的种类和特点
晶体硅太阳能电池
以晶体硅为基体，具有稳定的转换效率和长寿命 。
薄膜太阳能电池
采用低成本材料和制备技术，具有潜在的高池的使用寿命。
光学薄膜在太阳能电池上的应用前景
适应可再生能源发展趋势
随着可再生能源的不断发展，光学薄膜在太阳能电池上 的应用前景越来越广阔。
提高光电转化效率
通过不断研究和改进光学薄膜的制作方法，可以进一步 提高太阳能电池的光电转化效率。
拓展应用领域
光学薄膜不仅可以应用于太阳能电池上，还可以应用于 其他领域，例如光热发电、光信息处理等，具有广泛的 应用前景。
通过应用光学薄膜，太阳能电池可以更好地利用太阳光，减少光的反

2.优化P、I、N各层制备过程中的沉积参数，以提高微晶 硅薄膜太阳电池的应用特性。
3.优化透明导电膜的结构。
微晶硅薄膜太阳电池制备技术的研究
PECVD等离子体增强化学气相沉积技术的原理是利用低温等离子体作能 量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到 预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子 体反应，在样品表面形成固态薄膜。 1. P层的制备：在P-a-Si:H的基础上，通过加大氢稀释，适当调整辉光 功率、反应气压以及衬底温度，可以获得P-μc-Si:H薄膜。
三种制备技术的比较
制备技 术 HPDRFPECVD
优点 1.材料缺陷态密度低 2.易实现大面积均性 3.技术成熟能量 3.耗费大量气体，如氢气
典型转换效率 Rodchek等在1nm/s和 0.5nm/s的沉积速率下分别 得到了转化效率为6.6%和 8.1%的太阳能电池
微晶硅薄膜太阳电池制备技术的研究
增加I层的主要原因是需要利用I层来附加强的内建 电场以实现光生载流子的有效收集。 P层：最主要的作用是与N层一起建立内电场，同 时还对沉积在它上面的本征层起到了籽晶层的作用。 I层：是电池的核心部位、光生载流子的产生区。 N层：这是建立电池内电场的第二个掺杂层。
河北工程大学毕业论文演示文稿
3. I层：I 层是微晶硅薄膜太阳电池的核心部位，要求具有以下特性 良好的光吸收性能 良好的输运性能 2. N层：对于N层，一般要求是 与I层形成较高的势垒
与金属电极形成良好的欧姆接触
微晶硅薄膜太阳电池制备技术的研究
目前，要生产出高效率、低成本可进入市场投入商业 化应用的的优质微晶硅薄膜太阳电池，其制备技术还有待 进一步完善。 1.寻找好的制备技术。

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我们可以怎样解決能源危机？
1. 增加及改善能源 (煤、石油、天然气)的生产 2. 节约及保护能源 3. 利用其它能源(可再生能源)
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非再生能源(Non-renewable energy)
A. 煤
B. 石油
C. 天然气
缺点：
有限资源；价格昂贵；环境学破习交坏流P。PT
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系统简介
部件名称: 太阳能电池：吸收太阳能, 将太阳能转换成直流电能； 控制器：控制蓄电池的充放电深度, 延长蓄电池使用寿命； 蓄电池：储存太阳能电池板产生的电能, 必要时, 向负荷提供直流电力； 逆变器：将直流输入电力转换成交流电力输出。
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History - 1975
薄膜太阳能电池及制造工艺
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I.太阳能电池技术及光伏产业背景知识
地球天然资源有限，物以稀为贵，原油价格将持续飚涨
世界和中国主要常规能源储量预测
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全球能源短缺，而且分布不均匀，尤其是发展中国家能源匮乏。
NASA拍摄的地球夜晚卫星图片
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温室效应使地球平均气温持续升高
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Silicon foil technology development
Silicon Sheet from Powder
Edge defined Film-fed Growth
String Ribbon
Ribbon Growth on Substrate

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Process to Product
阳光对地球各个地区的供应比其他资源的供应公平得多。